11.4. Самоходные катки с гладкими вальцами

Для уплотнения различных дорожных оснований и покрытий применяют самоходные катки с гладкими вальцами. Эти катки различают по массе, контактной (линейной) нагрузке (кН/м), числу вальцов и взаимному их расположению, типу привода вальцов (трансмиссии) и виду двигателей.

Существует много типов катков, которые можно сгруппировать следующим образом: тротуарные и ремонтные катки массой 0,5—2 т с контактной нагрузкой 10—20 кН/м; легкие массой 3—5 т с контактной нагрузкой 20—40 кН/м; средние массой 6—9 т с контактной нагрузкой 40— 60 кН/м; тяжелые массой 10—15 т с контактной нагрузкой 60—80 кН/м и сверхтяжелые катки массой 17—20 т с контактной нагрузкой 80— 120 кН/м.

По числу вальцов, их взаимному расположению и приводу различают одно-, двух- и многовальцовые катки (рис. 11.14). Одновальцовые тротуарные и ремонтные катки (обычно вибрационные) бывают без поддерживаемых вальцов (1) малой массы, с поддерживающими вальцами (2) или пневмоколесами (3). Двухвальцовые двухосные (тандем) статические и вибрационные катки могут быть легкие, средние и тяжелые с одним (5) или двумя (4) ведущими вальцами. Трехвальцовые двухосные статические катки бывают средние и тяжелые (6). В некоторых случаях на этих катках дополнительно монтируют четвертый валец, расположенный между осями (7) или позади катка (8). Дополнительный валец с гидравлическим опусканием принимает на себя значительную часть веса катка и служит для ликвидации волнообразования на укатываемой поверхности асфальтобетона, создавая максимальную контактную нагрузку. Трехвальцовые трехосные катки статические тяжелые и сверхтяжелые (триплекс) с тремя (9) или одним (10) ведущими вальцами применяют для окончательной укатки асфальтобетонных покрытий. Для этого используют статические сверхтяжелые пятивальцовые трехосные катки (11). По типу привода ведущие вальцы катка могут иметь механическую, гидромеханическую или гидрообъемную трансмиссию.

Рис. 11.14. Схемы расположения вальцов самоходных катков с гладкими вальцами (знаком × отмечены ведущие вальцы):

1-3— одновальцовых; 4, 5 — двухвальцовых двухосных; 6—8 — трехвальцовых двухосных; 9 — 11 — трехвальцовых трехосных

По виду двигателя катки разделяют на карбюраторные и дизельные. В настоящее время катки выпускают преимущественно с наиболее экономичными дизелями (Д-37Е и Д-144).

Самоходные катки с гладкими вальцами (статические и вибрационные) предусматривают трех типов: тип I — легкие вибрационные массой 0,6;

1,5 и 4 т; тип II —средние вибрационные и статические массой 6—8 т и тип III—тяжелые статические массой 10—12 и 15—18 т.

Выпускаются самоходные катки с гладкими вальцами, техническая характеристика которых приведена в табл. 11.6.

Двухвальцовые двухосные виброкатки ДУ-54 и ДУ-47А с механическим приводом состоят из следующих основных узлов и механизмов:

рамы, двигателя, муфты сцепления, механической трансмиссии, включающей коробку передач с реверсивным механизмом фрикционного типа и конечную передачу, направляющего и ведущего вибрационных вальцов.

В катке ДУ-47А (рис. 11.15) вращение коленчатого вала двигателя через муфту сцепления 23 передается на ведущую коническую шестерню

Таблица 11.6

Техническая характеристика самоходных катков с гладкими вальцами

Показатель	Вибрационные		Статические
	ДУ-54	ДУ-47А	ДУ-50	ДУ-48Б	ДУ-42А	ДУ-49А
Тип	Двухвальцовый двухосный		Трехвальцовый двухосный		Двухваль-цовый двухосный Гидро-объемная	Трехваль-цовый трехосный Гидромеханическая
Трансмиссия	Механическая			Гидро-механи-ческая
Масса, т: без балласта с балластом	1,5 1,8	6 8	6 8	10 13	10 13	11 18
Ширина уплотняемой полосы, м м	0.85	1,2	1,8	1,85	1,25	1,3
Контактная нагрузка ведущего вальца, кН/м Мощность двигателя, кВт (л. с.) Скорость передвижения, км/ч Частота колебаний вибратора, Гц	18 5,9 (8) 1,8—3 60	42 36,8 (50) 1,8—6,8 40-50	50 36,8 (50) 2,7—7,8 —	74 36,8 (50) 1,9—6,5 —	52 55 (75) 0—7 —	80 36,8 (50) 2,3—8 —

Рис. 11.15. Кинематическая схема двухвальцового двухосного вибрационного катка ДУ-47А .

Рис. 11.16. Ведущий вибровалец катка ДУ-47А:

1 —.редуктор; 2 — левая боковина; 3 — диск; 4 — подшипник ступицы; 5—ступица; 6 — подшипник вибровала;. 7 —сальник; 8 — вибровозбудитель; 9 — вибровал; 10 — корпус; 11 — шкив; 12 — правая боковина; 13 — крышка люка; 14 — амортизатор; 15 — валец

22 коробки передач 21. Эта шестерня соединяется с ведомыми коническими шестернями 20 реверсивного механизма. На реверсируемом валу, несущем на себе фрикционные муфты 19, неподвижно закреплена цилиндрическая шестерня 1, находящаяся в зацеплении с шестерней 18 ведомого вала коробки передач, на котором имеются еще три неподвижно посаженные шестерни 2, 3 и 17. Они соответствуют трем скоростям движения катка. На промежуточном валу коробки передач на шлицах одновременно передвигаются блок-шестерни 4, 5 и 15. Первая передача, соответст­вующая наименьшей скорости движения катка, получается при зацепле­нии шестерен 3 и 4, вторая — при зацеплении

Рис. 11.17. Самоходный статический трехвальцовый двухосный каток ДУ-50 с механической трансмиссией:

1 — передний валец; 2 — скребок и смачивающее устройство; 3—шкворень; 4—капот; 5—двигатель, 6—бачок для смачивающей жидкости; 7—бак для топлива; 8—рычаг подачи топлива; 9 -рукоятка управления поворотом; 10 — рычаг переключения реверсивного механизма; 11 — рычаг коробки передач; 12 — тормозной рычаг; 13 — аккумуляторная батарея; 14—задний валец; 15—блок трансмиссии; 16—педаль сцепления; 17—коробка передач и сцепление: 18 — рама

шестерен 17 и 15 и третья — при зацеплении шестерен 2 и 5. С помощью карданного вала 16, редуктора 14 и бортовой передачи 12 и 13 происходит вращение заднего ведущего вальца 9.

Вибровозбудитель 10, встроенный внутри вальца, приводится через клиноременную передачу 7 и муфту включения 6. Виброизоляция рамы катка с установленными на ней агрегатами трансмиссии, рабочим местом машиниста и рычагами управления обеспечивается путем упругой подвески вибровальца к раме 11 катка с использованием резинометаллических

амортизаторов 8. Для обеспечения полной виброизоляции рабочего места машиниста в соответствии с санитарными нормами предусмотрена дополнительная виброизоляция сиденья. На рис. 11.16 показан ведущий вибровалец катка ДУ-47А.

Трехвальцовый двухосный каток ДУ-50 (рис. 11.17) имеет механическую трансмиссию, которая объединяет в одном блоке реверсивный механизм, коробку передач, дифференциал с блокирующим устройством и тормозное устройство. Передний валец 1 — ведомый, для облегчения поворота катка разделен на две одинаковые секции, вращающиеся независимо на общей оси. Задние вальцы 14 — ведущие, вращаются на общей оси; каждый валец имеет самостоятельный привод. Вальцы литые чугунные. Управление поворотом переднего вальца осуществляется гидравлическим приводом (рис. 11.18).

Кинематическая схема катка показала на рис. 11.19. Вращение коленчатого вала двигателя через муфту сцепления и компенсационную муфту / передается на ведущую коническую шестерню 15 блока трансмиссии, которая соединяется с ведомыми коническими шестернями 14 реверсивного механизма. На реверсируемом валу, несущем на себе фрикционные муфты 3, неподвижно закреплена цилиндрическая шестерня 2, находящаяся в зацеплении с шестерней 4 ведомого вала коробки передач, на котором имеются еще две неподвижно посаженные шестерни 12 и 13. Они соответствуют двум скоростям движения катка.

На промежуточном валу коробки передач на шлицах передвигаются блок-шестерни 11 и 10, входящие в зацепление с шестернями 12 и 13. Первая передача получается при зацеплении шестерен 12 и 11, вторая передача — при зацеплении шестерен 13 и 10. Через цилиндрическую шестерню 5, сидящую на промежуточном валу, вращение передается находящейся постоянно в зацеплении с ней венцовой шестерне 7 дифференциала. На полуосях дифференциала расположены цилиндрические Шестерни 9 бортовой передачи, которые передают вращение цилиндрическим шестерням 8 задних вальцов. На

Рис. 11.18. Схематический чертеж гидропривода рулевого управления катка ДУ-50:

1 — гидроцилиндр двустороннего действия; 2 — коромысло поворота шкворня; 3 — шестеренный насос: 4— бачок для масла; 5 — двухзолотниковый распределитель; 6 — рукоятка управления

Рис. 11.19. Кинематическая схема катка ДУ-50

выходных концах промежуточ­ного вала коробки передач насажены тормозные шкивы 6.

Каток ДУ-48А выполнен по такой же схеме, как и каток ДУ-50, но имеет более прогрессивную гидромеханическую трансмиссию (рис. 11.20). Двигатель 2, унифицированная гидромеханическая коробка передач 5 (У35607) и редуктор 8 установлены на раме катка, на которой

Рис. 11.20. Самоходный статический трехвальцовый двухосный каток ДУ-48А с гидромеханической трансмиссией

Рис. 11.21. Кинематическая схема катка ДУ-48А

смонтированы все узлы. Рама представляет собой сварную конструкцию из швеллеров, листового проката и стального литья. Двигатель установлен на трех точках — боковых кронштейнах 1 и задней опоре 3 и соединен с коробкой передач роликовой муфтой 4. Коробка передач с рычагом 6 закреплена на двух кронштейнах и соединена с редуктором карданным валом 7. Управление поворотом осуществляется гидравлически,

Вращение коленчатого вала двигателя через компенсационную роликовую муфту 1 (рис. 11.21) передается на гидротрансформатор унифицированной трехскоростной коробки передач 2. Реверсирование осуществляется с помощью многодисковых фрикционных муфт. При включении муфты П каток движется вперед, при включении муфты 3 — назад. Далее крутящий момент через карданный вал 3 передается на пару конических шестерен редуктора 4. В редукторе расположена еще одна пара цилиндрических шестерен и дифференциал 6. Полуоси редуктора заканчиваются ведущими цилиндрическими шестернями бортовой передачи 7. На одной из полуосей смонтирована муфта 5 блокировки дифференциала. Тормозной шкив 8 расположен на входном валу редуктора

Гидросистема (рис. 11.22) объединяет в себе управление коробкой передач, поворотом катка и тормозом. Рабочая жидкость из бака 17 насосом 8, установленным на гидротрансформаторе, через распределитель 19 и магистральный фильтр 7 подается в регулятор 10 давления "дин поток направляется к золотниковой коробке 5, где собраны два золотника: реверсивного механизма и механизма нейтрального положения. Золотник реверсивного механизма направляет поток в муфты Реверсивного механизма, находящегося в корпусе коробки передач т е Рычагом реверсивного механизма задается передний и задний ход катку.

Рис. 11.22. Схема гидросистемы катка ДУ-48А:

1 — гидроцилиндр поворота; 2 — гидромеханическая коробка передач; 3 — гидроцилиндр тормоза; 4 — манометр; 5 — золотниковая коробка; 6 — редукционный клапан; 7 — магистральный фильтр; 8, 9 — насосы; 10, 13 — регуляторы давления; // — указатель давления масла; 12—датчик давления масла; 14—масляный радиатор; 15—датчик температуры масла; 16 — указатель температуры масла; 17 — бак; 18 — заборный фильтр; 19 — гидрораспределитель

Конструкция золотниковой коробки исключает возможность включения двух фрикционных муфт одновременно. Наличие в системе золотника механизма нейтрального положения позволяет резко затормозить машину при любой скорости движения катка без дополнительных манипуляций рычагами управления коробкой передач, так как можно мгновенно отсечь поток масла на фрикционные муфты, т. е. снять давление на диски муфт и тем самым отключить их от ведущего вала. Рабочая жидкость из золотника механизма нейтрального положения сливается в коробку передач. Масло после муфт тоже поступает в корпус коробки передач. Другой поток через гидротрансформатор, подпорный клапан и радиаторы 14 попадает в масляный бак 17.

Регулятор 10 давления поддерживает давление 0,8 МПа в системе гидротрансформатора и фрикционных муфт. При увеличении давления свыше 0,8 МПа регулятор направляет рабочую жидкость на слив и таким образом предохраняет фрикционные муфты, фильтр 7 и питающий насос 8 от поломки. Подпорный клапан поддерживает давление на выходе из гидротрансформатора в пределах 0,2 МПа, а также предохраняет гидротрансформатор и масляный радиатор от поломок.

Ведущие задние вальцы (рис. 11.23) представляют собой сварную конструкцию, полость которой заполнена балластом — водой или песком. Оба вальца сидят на общей оси, закрепленной на кронштейнах стопорами 3.

Рис. 11.23. Ведущий задний валец катка ДУ-48А

Кронштейны приварены к раме 4 катка. К внутренней стороне вальцов прикреплены венцовые шестерни 2 бортовой передачи. Регулирование подшипников 5 производится с помощью гаек 1.

Ведомый передний валец (рис. 11.24) — разрезной, его полости также служат для балласта. Для самоустановки переднего вальца в соответствии с неровностями пути его ось 3 закреплена стопорными пальцами 9 в рамке 7. С рамкой шарнирно посредством пальцев соединена вилка 6, которая выполнена как одно целое со шкворнем. Шкворень 5 установлен в роликовых конических подшипниках в основной раме катка. Поворот шкворня осуществляется машинистом с рабочего места с помощью гидравлической системы. Роликоподшипники 4 регулируют гайками 8, а роликоподшипники 2 — болтами 1.

В результате модернизации катка ДУ-48А выпускается каток ДУ-48Б тех же параметров, но с улучшенной компоновкой узлов, которая обеспечивает повышенные эргономические показатели: лучший обзор фронта работ, облегчение управления в результате удобного размещения педалей, рычагов и приборов на пульте управления, совмещения в одном рычаге управления изменением движения катка и его поворота. Установлен тракторный глушитель шума на выхлопе и новое унифицированное сиденье. Увеличена вместимость водяного бака смачивающей системы. Металлические скребки заменены резиновыми, что позволяет повысить срок их службы, улучшить качество смачивания вальцов и сократить расход воды. Значительно улучшена эстетика катка.

На базе катка ДУ-48Б разработана модификация ДУ-51 с теми же параметрами, но с измененной кинематической схемой. После двигателя Устанавливается реверсивный редуктор и доработанная коробка передач У35607 с реверсируемым гидротрансформатором. Такая схема обеспечивает плавное реверсирование катка благодаря реверсивному редуктору, установленному впереди трансформатора, однако в сравнении с катками ДУ-48Б она сложна и трудоемка в изготовлении и эксплуатации без заметного увеличения производительности катка.

Рис. 11.24. Ведомый передний валец катка ДУ-48А

Трехвальцовый трехосный каток ДУ-49А (рис. 11.25), обеспечивающий безволновую укатку асфальтобетонных покрытий, отличается по своей компоновке от трехвальцовых двухосных катков. Его основными узлами являются рама 1, подмоторная рама 9, двигатель 8, гидромеханическая коробка передач 10 (У35607), бортовой редуктор 11, управляемые передний 14 и средний 13 вальцы, задний ведущий валец 12. Двигатель и коробка передач смонтированы на подмоторной раме. Крутящий момент от двигателя передается на двухступенчатый бортовой редуктор с помощью карданного вала. Редуктор с ведущим вальцом связан бортовыми шестернями. Тормозной шкив расположен на входном валу редуктора. Поворот катка осуществляется одним гидроцилиндром 4, соединенным с коромыслами, сидящими на шкворнях управляемых вальцов. Для синхронности поворота переднего и среднего вальцов, идущих по разным радиусам, каждое коромысло имеет соответствующую длину. Коромысла соединены шарнирной тягой.

В настоящее время на современных дорожных катках очень широко применяется установка объемного гидропривода передвижения, что обеспечивает лучшую маневренность, повышенное качество уплотнения, легкое управление, высокую производительность, оптимальную компоновку узлов и т. д.

В современных катках разных компоновок применяют различные

Рис. 11.25. Самоходный статический трехвальцовый трехосный каток ДУ-49А с гидромеханической трансмиссией:

1 —рама; 2— шкворень; 3—устройство для смачивания вальцов; 4—гидроцилиндр поворотного устройства; 5 - топливный бак; 6 —сигнал; 7 — рычаги управления; 8 — двигатель; 9 — подмоторная рама; 10 — гидромеханическая коробка передач; 11 — редуктор; 12—задний валец; 13—средний валец; 14—передний валец; 15 — рамка;

16 — скребок; 17 — вилка

Рис. 11.26. Гидравлические схемы привода передвижения современных дорожных катков:

а —двухвальцового с одним ведущим вальцом; б—двухвальцового с двумя ведущими вальцами; в — трехвальцового с задними ведущими вальцами; г — комбинированного ^с ведущими колесами и рабочим вальцом; 1 —насос управления; 2 —двигатель; 3 — насос переменной подачи; 4 — гидромотор постоянного расхода; 5 — ведущий валец; 6 — редуктор; 7 — колесо; 8 — гидромотор переменного расхода

гидравлические схемы (рис. 11.26). Нерегулируемый насос и нерегулируемый гидромотор — эта схема аналогична шестеренной передаче. При постоянной частоте вращения входного вала такая гидропередача обеспечивает постоянство мощности и крутящего момента на выходном валу. Если входная частота вращения меняется, мощность и частота вращения на выходном валу будут также изменяться, но крутящий момент остается постоянным.

При нерегулируемом насосе и регулируемом гидромоторе частота вращения выходного вала меняется путем регулирования рабочего объема. При уменьшении рабочего объема входная частота вращения увеличивается, выходной крутящий момент уменьшается. В связи с этим такая схема не получила широкого распространения.

При регулируемом насосе и нерегулируемом гидромоторе (схемы на рис. 11.26, а, б и в) меняется подача жидкости, в результате меняется выходная частота вращения, но крутящий момент на выходе остается постоянным при любом заданном давлении. Обеспечивается переменная частота вращения и постоянный крутящий момент.

Схема (рис. 11.26, г) с регулируемыми насосом и гидромотором может обеспечивать на выходном валу как постоянный крутящий момент, так и постоянную мощность. По сравнению с другими схемами она более универсальна, но имеет более сложную систему управления. При этой схеме тяговое усилие зависит от скорости, что весьма благоприятно влияет на работу катка.

Управление объемной гидропередачей обеспечивает контролирование трех параметров: расхода рабочей жидкости, определяющего скорость движения машины; направления потока рабочей жидкости, определяющего направление движения машины; давления рабочей жидкости, определяющего тяговые показатели машины.

Наиболее распространенными для привода ходового оборудования строительных и дорожных машин являются два вида рассмотренных закрытых схем: с регулируемым реверсивным насосом и нерегулируемым гидромотором и с регулируемым реверсивным насосом и регулируемым гидромотором.

Регулируемый реверсивный насос выполняется в одном блоке с гидравлическим вспомогательным управлением. Поворотом специального рычага можно через вспомогательный привод легко перемещать наклонную шайбу насоса, увеличивая или уменьшая его подачу, а также изменять направление потока. Если на машине место машиниста удалено от насоса, применяют рычажные или тросовые передаточные механизмы, связывающие рычаг управления, расположенный на насосе, и рычаги в кабине.

Примером катка с объемным гидроприводом может служить двухвальцовый двухосный каток ДУ-42А. Привод осуществляется на оба ведущих и поворотных вальца, состоящих из двух секций. Привод каждой секции индивидуальный, осуществляется от гидромотора типа 210 через конический редуктор и закрытую бортовую передачу. Направление движения катка и бесступенчатое регулирование скорости движения зависят от направления потока рабочей жидкости и подачи насоса.

Объемный гидропривод выполнен по закрытой схеме с подпиткой. В качестве регулируемого насоса установлен аксиально-поршневой насос типа 207 с встроенным гидроусилителем следящего типа. Питание гидроусилителя осуществляется от шестеренного насоса. Для обеспечения нейтрального положения и рабочего режима гидропривода применен двухпозиционный гидрораспределитель. При нейтральном положении полости гидронасоса и гидромоторов соединяются, что облегчает пуск двигателя, обеспечивает остановку катка и возможность его буксиро-вания. Поворотом каждого вальца управляют гидроцилиндрами с помощью двухпозиционного гидрораснределителя. Объемный гидропривод всех вальцов обеспечивает плавность работы катка и высокое качество уплотнения.

При укатке асфальтобетонных покрытий обычно используют дорож­ные катки различной массы. Это обусловлено физико-механическими свойствами асфальбетона. В начале уплотнения асфальтобетон при температуре 130—140 °С эластичен, легко деформируется и требует для подкатки легких катков. По мере остывания прочность смеси возрастает, и для ее уплотнения необходимы катки среднего типа, а для окончательного уплотнения тяжелого типа. Поэтому процесс уплотнения асфальтобетона осуществляется группой обычно из двух-трех катков разной массы.

В результате проведенных исследований и испытаний опытных образцов специалисты Ленинградского политехнического института им. М. И. Калинина совместно с конструкторами заводов отрасли создали каток нового типа с пневмовакуумным балластным устройством (ПВБУ), который позволяет плавно и в достаточно широком диапазоне изменять контактную линейную нагрузку вальцов катка на уплотняемую поверхность в процессе работы.

Рис. 11.27. Схема катка с пневмовакуумным балластным устройством:

/ - уплотняемый слой асфальтобетона; // слой щебня; /// — грунтовое основание;

—— линии равных давлений;

----- линии натекания воздуха

Пневмовакуумное балластное устройство (рис. 11.27) представляет собой рабочую балластную камеру 5, образуемую цилиндрической стенкой 3, которая опирается на поверхность асфальтобетона с помощью упругого уплотняющего кольца 9. К верхней части стенки присоединен поршень 4. Это соединение осуществляется с помощью гибкой кольцевой связи 8, позволяющей камере свободно перемещаться в вертикальной плоскости. Поршень жестко соединен с рамой катка с помощью анкеров 7. В центре поршня проходит воздухопровод 6 для соединения с компрессором 1, работающим от привода 2.

При движении катка рабочая камера скользит по уплотняемой поверхности. По мере необходимости создания дополнительного давления вальцов на уплотняемую поверхность включается компрессор, который отсасывает воздух из рабочей камеры за счет его фильтрации через слой дорожной одежды. Одновременно отсасывается воздух, поступающий в камеру через неплотно прилегающее уплотняющее кольцо. Рабочая камера 5, являющаяся балластным устройством катка, представляет собой объем, ограниченный внутренними поверхностями стенок, поршнем и уплотняемой поверхностью. При отсасывании воздуха из рабочей камеры в ней создается разрежение. Благодаря этому на поршень 4 действует сила тяжести, равная произведению площади поршня на разность между атмосферным давлением и давлением в камере. Эта сила тяжести передается на вальцы катка, вызывая тем самым дополнительную контактную линейную нагрузку.

Так, например, при разрежении в камере (0,07 МПа) и площади поршня 1,5 м² можно получить добавочное нагружение катка до 45 кН. Таким образом, при конструктивной массе катка 5 т его общий вес, действующий на уплотняемую поверхность, может составить от 50 до 95 кН.

Проведенные исследования взятых проб уплотненного катком с ПВБУ асфальтобетонного покрытия показали, что необходимое число проходов катка с ПВБУ в 2 раза меньше суммарного числа проходов катка статического действия, а показатель, характеризующий водонасыщаемость, в 1,5—2 раза ниже благодаря вакуумированию.

Предварительные технико-экономические расчеты показывают, что промышленный выпуск катков с ПВБУ даст значительный экономический эффект за счет экономии металла (применение легких катков с ПВБУ взамен средних и частично тяжелых), а также за счет повышения качества уплотнения асфальтобетонных покрытий.